(57)【要約】【課題】  作業工数や材料コストを抑制しながらも高精度の研磨が可能なＣＭＰ法による基板研磨方法を提供する。【解決手段】  ブランクウェハを用いた研磨レートの計測間隔が所定時間を超過している場合に（ステップＳ１０２）、研磨レートの推移が安定し（ステップＳ１０５）、かつ、研磨レートに基づく製品ウェハの研磨パラメータの推移が安定している場合には（ステップＳ１０６）、ブランクウェハを用いて研磨レートを算出するテスト研磨や、製品ウェハから抜き出したパイロットウェハを用いて研磨パラメータを算出するテスト研磨を行うことなく、研磨パラメータの履歴に基づいて現在の研磨パラメータの予測値を算出し（ステップＳ１０７）、その予測値を用いて製品ウェハを研磨する（ステップＳ１０８）。【選択図】  図１
2006245269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面をＣＭＰ法により研磨する基板研磨方法において、
研磨対象と同じ膜材を成膜したブランク基板を用いた研磨レートの計測間隔の時間超過を判定する第１の判定ステップと、
前記研磨レートの計測履歴に基づいて前記研磨レートの異常を判定する第２の判定ステップと、
基板を所定の厚さに研磨するための前記研磨レートに基づく研磨パラメータの履歴の異常を判定する第３の判定ステップと、
前記研磨パラメータの履歴に基づいて前記研磨パラメータの予測値を算出する予測値算出ステップと、
前記予測値を用いて基板をＣＭＰ法により研磨する研磨ステップと、
を含むことを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２】
前記第２の判定ステップでは、前記研磨レートの推移を近似した近似式を算出し、前記研磨レートの過去の計測値と前記近似式上の対応する値との相関値を基に、前記研磨レートの推移が安定しているか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
【請求項３】
前記第３の判定ステップでは、前記研磨パラメータの推移を近似した近似式を算出し、前記研磨パラメータの過去の値と前記近似式上の対応する値との相関値を基に、前記研磨パラメータの推移が安定しているか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
【請求項４】
前記第１の判定ステップで、過去の所定期間内に前記研磨レートが計測されていた場合に、前記研磨パラメータの履歴の異常を判定する第４の判定ステップを実行し、前記研磨パラメータの履歴が正常であると判定した場合には前記予測値算出ステップを実行することを特徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
【請求項５】
前記予測値算出ステップでは、前記研磨パラメータの推移を近似した近似式による直線または曲線において現在の時間に対応する値を前記予測値として算出することを特徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面をＣＭＰ法により研磨する基板研磨方法に関し、特に、多数の基板を効率よく研磨するのに適した基板研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程において、薄膜層の表面を正確に平坦化するために、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）方式による半導体ウェハ研磨装置が広く用いられている。この手法によれば、特に酸化膜からなる層間絶縁膜の表面について良好な平坦性を得ることができ、製品の歩留まりが大幅に向上する。
【０００３】
しかし、ＣＭＰ法では、研磨パッド、研磨剤（スラリー）などの消耗部材の状態や、ウェハを保持する研磨ヘッドの状態が、研磨レート、研磨分布などの特性に大きく影響を与えるという問題があった。また、研磨対象である半導体ウェハについても、成膜した酸化膜の状態のみならず、デバイスの構造、パターンレイアウトなどの要因が、研磨後の仕上がりに影響を与えるという問題もあった。
【０００４】
このような影響をできるだけ排除するために、製品化の対象となるデバイスウェハ（以下、製品ウェハと呼称する）の研磨の前に、モニタ用のウェハを研磨して研磨速度の測定を行い、その測定結果を参照して製品ウェハの研磨条件を経験的に決定する方法が、一般的に採られている。
【０００５】
図１２は、ＣＭＰ法による従来の半導体ウェハの研磨手順の一例を示すフローチャートである。
〔ステップＳ１〕まず、製品ウェハを研磨するのと同じプラテンやヘッドなどの部材をセットした研磨装置を用いて、製品ウェハの研磨対象部位と同じ材質を成膜したモニタウェハを研磨する。そして、研磨の前後における膜厚を計測して、その結果から研磨レートを算出する。これにより、パッドやスラリなどの消耗材、部材の組み付け状態などから生じるバラツキを把握することができる。
【０００６】
〔ステップＳ２〕所定のパターンが形成された製品ウェハの中からパイロットウェハを抜き取り、このパイロットウェハを研磨する。パターンが形成されたウェハでは、パターンのない場合より研磨時間が少なくて済むため、製品ウェハから求めた研磨レートを基に研磨時間を調整する。そして、研磨の前後の膜厚の測定結果から、目標としていた膜厚とのずれを求め、このずれを考慮した研磨時間をあらためて求める。
【０００７】
〔ステップＳ３〕パイロットウェハの研磨結果から求めた研磨時間で、製品ウェハを研磨する。
この工程においては、例えば１日に１回程度、モニタウェハを用いた研磨レートの算出を行う。また、同種の製品ウェハに対する所定数の研磨処理を行うごとに、パイロットウェハを用いて研磨レートを算出する。例えば、別の種類の製品ウェハを研磨した後には、次の種類の製品ウェハの研磨の前に、パイロットウェハを用いた研磨レートの算出を行うようにする。
【０００８】
以上の手順で研磨を行うことにより、製品ウェハの研磨時に近い条件で研磨時間を正確に求めることができ、製品ウェハの研磨精度が向上される。しかし、このような工程は手間と時間がかかり、製造効率が悪化することが問題であった。
【０００９】
このような問題に対して、製品ウェハの品種もしくは工程ごとの固有研磨パラメータとして基準ウェハからの研磨シフト量をあらかじめ求めておき、装置の研磨能力を基準ウェハを用いて適宜計測して、研磨能力と固有研磨パラメータとから製品ウェハの研磨時間を正確に算出するようにした半導体ウェハの研磨方法があった（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、生産期間内の複数の時点において、製品ウェハの研磨速度とモニタウェハの研磨速度との比を求め、その比の経時的な変化の記録に基づいて、現在の比を推定して製品ウェハの研磨条件を設定するようにした半導体集積回路の生産方法もあった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−４７７４７号公報（段落番号〔００１４〕〜〔００３１〕、図１）
【特許文献２】特開２００４−７９７２８号公報（段落番号〔００２９〕〜〔００４６〕、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、半導体集積回路の製造工程に対しては、より一層の作業の効率化や高速化、低コスト化が求められており、モニタウェハやパイロットウェハの研磨工程をできるだけ実行せずに、製品ウェハの研磨条件をより正確に算出し、高精度な研磨を行うことが可能な手法が求められていた。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、作業工数や材料コストを抑制しながらも高精度の研磨が可能な基板研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すように、基板表面をＣＭＰ法により研磨する基板研磨方法において、研磨対象と同じ膜材を成膜したブランク基板を用いた研磨レートＲｍｎの計測間隔の時間超過を判定する第１の判定ステップ（Ｓ１０２）と、前記研磨レートＲｍｎの計測履歴に基づいて前記研磨レートＲｍｎの異常を判定する第２の判定ステップ（Ｓ１０５）と、基板を所定の厚さに研磨するための前記研磨レートＲｍｎに基づく研磨パラメータの履歴の異常を判定する第３の判定ステップ（Ｓ１０６）と、前記研磨パラメータの履歴に基づいて前記研磨パラメータの予測値を算出する予測値算出ステップ（Ｓ１０７）と、前記予測値を用いて基板をＣＭＰ法により研磨する研磨ステップ（Ｓ１０８）とを含むことを特徴とする基板研磨方法が提供される。
【００１４】
このような半導体ウェハの研磨方法では、例えば、第１の判定ステップ（Ｓ１０２）で、研磨対象と同じ膜材を成膜したブランク基板を用いた研磨レートＲｍｎの計測間隔の時間超過を判定し、計測間隔が所定時間を超過している場合に、第２の判定ステップ（Ｓ１０５）で、研磨レートＲｍｎの計測履歴に基づいて研磨レートＲｍｎの異常を判定し、さらに研磨レートＲｍｎが正常と判定した場合には、第３の判定ステップ（Ｓ１０６）で、基板を所定の厚さに研磨するための研磨レートＲｍｎに基づく研磨パラメータの履歴の異常を判定し、さらに研磨パラメータの履歴が正常と判定した場合には、予測値算出ステップ（Ｓ１０７）で、研磨パラメータの履歴に基づいて研磨パラメータの予測値を算出して、研磨ステップ（Ｓ１０８）で、算出された予測値を用いて基板（例えば製品となるウェハ）をＣＭＰ法により研磨する。このような工程により、研磨レートＲｍｎの推移が安定し、かつ、研磨レートＲｍｎに基づく基板の研磨パラメータの推移が安定している場合には、ブランク基板を用いたテスト研磨や、研磨対象の基板から抜き出したパイロットウェハを用いたテスト研磨を行うことなく、研磨パラメータを予測して基板の研磨が行われる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の基板研磨方法によれば、ブランク基板を用いた研磨レートの計測間隔が所定時間を超過している場合でも、研磨レートの推移が安定し、かつ、研磨レートに基づく基板の研磨パラメータの推移が安定している場合には、ブランク基板を用いて研磨レートを算出するテスト研磨や、研磨対象の基板から抜き出したパイロット基板を用いて研磨パラメータを算出するテスト研磨が行われることなく、研磨パラメータの履歴に基づいて研磨パラメータの予測値を用いて基板が研磨されるので、研磨精度を低下させることなく、作業工数を削減して基板のスループットを向上でき、またテスト研磨の省略により材料コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
《第１の実施の形態》
図２は、ＣＭＰ研磨工程に用いられるシステム構成例を示す図である。
【００１７】
図２は、半導体集積回路の層間絶縁膜を研磨するためのシステム構成例を示しており、このシステムは、研磨装置１０、膜厚計測装置２０、制御装置３０を具備している。研磨装置１０はウェハを研磨する装置であり、膜厚計測装置２０は、ウェハの膜厚を例えば光学的に計測する装置であり、これにより研磨処理の前後でウェハの膜厚を計測できるようになっている。なお、配線が形成されたウェハでは、その配線上の膜厚を計測することはできないので、ウェハ上に平坦なモニタ領域を設けておき、すべてのウェハで同じモニタ領域の膜厚を計測するようにする。
【００１８】
制御装置３０は、研磨装置１０および膜厚計測装置の動作を制御する装置であり、制御装置３０を統括的に制御するＣＰＵ３１と、各種プログラムやデータを記憶する記憶部３２と、研磨装置１０および膜厚計測装置２０とのデータ送受信を行うための通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）３３と、ユーザがデータを入力するための入力部３４とを具備する。
【００１９】
ユーザは例えば、この制御装置３０の入力部３４を用いて、研磨対象のウェハのロット番号などを入力し、研磨工程を実行させる。制御装置３０は、所定のプログラムを実行して、膜厚計測装置２０の測定結果を基に最適な研磨パラメータを演算し、研磨装置１０を制御する。また、後述するように、制御装置３０は、研磨装置１０による製品ウェハおよびモニタウェハの研磨パラメータの履歴を随時記憶して、それらのパラメータの傾向を基に最適なパラメータを予測する。これにより、研磨精度を維持しながらも、製品ウェハのパイロットウェハやモニタウェハを用いたテスト研磨の回数を減少させ、研磨工程のスループットを向上させる。
【００２０】
なお、研磨工程のためのシステムには、上記構成の他に例えば、ウェハの搬送機構や洗浄装置なども含まれ、これらの動作を制御装置３０によって制御できるようにしてもよい。
【００２１】
図３は、ＣＭＰ研磨装置の概略構成例を示す図である。
ＣＭＰ研磨装置１０は、図３に示すように、半導体集積回路の層間絶縁膜を研磨する装置であり、研磨対象のウェハ１１を保持するウェハホルダ１２と、上面に研磨パッド１３が敷設されたプラテン１４と、スラリーを供給するノズル１５と、研磨パッド１３を目立てるドレス部１６を具備している。
【００２２】
ウェハ１１の研磨を行う際には、ウェハ１１がウェハホルダ１２に吸着されて保持され、研磨パッド１３に押圧される。そして、ノズル１５からのスラリーが研磨パッド１３に供給され、プラテン１４およびウェハホルダ１２がともに回転することで、ウェハ１１の表面全面が均一に研磨されて平坦化される。また、ドレス部１６の目立て面は研磨パッド１３に押圧されて回転され、これにより研磨パッド１３の表面を目立て、研磨パッド１３の目詰まりを防止してその研磨性能を維持させる。
【００２３】
次に、研磨工程について具体的に説明する。
図４は、研磨時間と研磨量との関係を説明するための図である。
本実施の形態の研磨工程には、各種パターンが形成された製品ウェハの他に、モニタウェハによるテスト研磨工程が含まれる。モニタウェハは、製品ウェハ上の研磨対象の膜材（ここでは層間絶縁膜を構成する酸化膜）を平坦面に成膜した、いわゆるブランクウェハである。
【００２４】
図４では、製品ウェハに対する目標の研磨量を最適研磨量Ａ＿ｔｒ＿ｐｏｌ、この量だけ研磨するのに要する時間を最適研磨時間Ｔ＿ｔｒ＿ｐｏｌとしている。この図４に示すように、モニタウェハを研磨した場合、研磨量は研磨時間に比例して直線状に増加する。これに対して製品ウェハの場合、研磨の初期段階（研磨時間が０〜Ｔ１の間）では、配線パターン上に成膜された凸状の部位が研磨され、この部位の研磨速度は平坦部分より高速になる。そして、表面の段差が研磨されたＴ１以降は、平坦部が研磨されるため、その研磨速度はモニタウェハの場合と同様になる。
【００２５】
研磨の初期段階の研磨速度は、配線パターンのレイアウトや層間絶縁膜の成膜量などに応じて決まるので、製品ウェハの研磨時間を設定するためには、モニタウェハによる研磨時間に上記条件に応じたオフセットを与える必要がある。本実施の形態では、製品ウェハの上面の凸状部位を含まない平坦部の研磨時間（図中の研磨時間Ｔ１〜Ｔ＿ｔｒ＿ｐｏｌ）を研磨時間の初期値Ｔ＿ｄｅｆ＿ｐｏｌとして設定する。また、製品ウェハの上端部から研磨時間初期値Ｔ＿ｄｅｆ＿ｐｏｌだけ研磨したときの研磨量を、研磨量初期値Ａ＿ｄｅｆ＿ｐｏｌとする。
【００２６】
そして、製品ウェハの上端部から研磨時間初期値Ｔ＿ｄｅｆ＿ｐｏｌだけ研磨した後、その残りを研磨するために必要な研磨時間または研磨量を、オフセット量と考える。すなわち、残りの研磨に必要な研磨時間を最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆ、その研磨量を最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆとする。
【００２７】
ここで、モニタウェハの研磨レート（研磨量／研磨時間）をＲｍｎとすると、上記設定値には以下の式（１）および（２）の関係が成立する。これらの式（１）および（２）からわかるように、例えばモニタウェハの研磨レートＲｍｎが安定している場合、最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆも安定すると予測できる。換言すれば、研磨レートＲｍｎが時間の経過に応じて直線的に変動している場合、その推移に基づいて最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆを予測して設定しても、精度を低下させずに研磨を実行できる。
Ｔ＿ｔｒ＿ｐｏｌ＝Ｔ＿ｄｅｆ＿ｐｏｌ＋Ｔ＿ｔｒ＿ｏｆ                  ……（１）
Ｔ＿ｔｒ＿ｏｆ＝Ａ＿ｔｒ＿ｏｆ／Ｒｍｎ                                ……（２）
図５は、研磨のためのパラメータを説明するための図である。
【００２８】
図５の左側は製品ウェハの断面図であり、ＣＭＰ法での研磨対象となる層間絶縁膜１１１には、下層（配線層）１１２の上部に凸状部１１３が形成されている。また、この例では、Ｃｕ層１１４の上部にディッシング部１１５が形成されている。
【００２９】
ＣＭＰ研磨装置１０による層間絶縁膜１１１の研磨工程では、上述した研磨量初期値Ａ＿ｄｅｆ＿ｐｏｌとともに、残りの研磨量（オフセット量）の初期値として研磨量オフセット初期値Ａ＿ｄｅｆ＿ｏｆが設定される。この研磨量オフセット初期値Ａ＿ｄｅｆ＿ｏｆは、研磨量の誤差により目標以上の量が研磨されることのないように、実際に必要な研磨量より小さくされている。そして、所定のロットの研磨工程では、この研磨量オフセット初期値Ａ＿ｄｅｆ＿ｏｆを基に、同じロットのパイロットウェハや実際に研磨した製品ウェハの膜厚計測結果に基づいて、最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆが算出されていく。
【００３０】
研磨後の製品ウェハ全体の膜厚測定値（平均値）をＴＨ＿ａｆ＿ｐｏｌ、あらかじめ設定される目標の膜厚をＴＨ＿ｔｇ、ディッシング部１１５を平坦化するための研磨量補正値（平均値）をＡ＿ｄｉｓｈとすると、最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆは次の式（３）により算出される。
Ａ＿ｔｒ＿ｏｆ＝Ａ＿ｄｅｆ＿ｏｆ＋ＴＨ＿ａｆ＿ｐｏｌ−（ＴＨ＿ｔｇ＋Ａ＿ｄｉｓｈ）                                                                    ……（３）
本実施の形態では、モニタウェハの研磨レートＲｍｎの履歴情報と、製品ウェハおよびパイロットウェハの膜厚計測結果に基づく最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆ（または最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆ）のロットごとの履歴情報とを、制御装置３０の記憶部３２に記憶する。そして、履歴情報中の値が安定的に変動している場合には、設定するオフセット量として予測値を用い、モニタウェハやパイロットウェハを用いたテスト研磨を適宜省略する。これにより、研磨精度を落とすことなく、製品ウェハのスループットを向上させる。
【００３１】
図１は、第１の実施の形態でのＣＭＰ研磨工程の全体の流れを示すフローチャートである。なお、以下の処理は、制御装置３０のＣＰＵ３１が、記憶部３２に記憶された処理プログラムを実行することにより行われる。
【００３２】
〔ステップＳ１０１〕制御装置３０は、入力部３４を通じてユーザからのロット問い合わせを受け付け、これに応じて記憶部３２を検索して、対応する研磨パラメータおよびその履歴情報を検索する。
【００３３】
〔ステップＳ１０２〕対応するモニタウェハ（ブランクウェハ）の当日の研磨レートＲｍｎが記憶部３２に存在しているか否かを判定し、存在している場合はステップＳ１０３へ、存在していない場合はステップＳ１０５に進む。
【００３４】
〔ステップＳ１０３〕製品ウェハの研磨パラメータ（ここでは最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆ）の履歴情報を参照し、この研磨パラメータの推移が安定しているか否かを判定する。例えば、最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆと時間との関係を示す一次近似式を求め、最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｐｆと一次近似式上の対応する値との相関値Ｒ１を算出する。そして、（Ｒ１）2が例えば０．６を超えた場合に、推移が安定していると判定する。推移が安定している場合はステップＳ１０７へ、安定していない場合はステップＳ１０４に進む。
【００３５】
〔ステップＳ１０４〕研磨パラメータ（最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆ）の履歴情報を参照して、最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆと研磨レートＲｍｎ（当日の値も含む）との相関が高いか否かを判定する。例えば、これらの値の相関値をＲ２としたとき、（Ｒ２）2が０．６を超えた場合に相関があると判定する。なお、このとき、研磨のための研磨装置１０の他の装置パラメータの履歴情報も記憶部３２に記憶されている場合には、この装置パラメータの変動と研磨レートＲｍｎとの変動との相関が高いか否かも判定してもよい。そして、すべての相関が高いと判定された場合にステップＳ１０７に進み、そうでない場合にステップＳ１１２に進む。
【００３６】
〔ステップＳ１０５〕研磨レートＲｍｎの履歴情報を参照し、前回計測時までの研磨レートＲｍｎの推移が安定しているか否かを判定する。例えば、研磨レートＲｍｎと、研磨レートＲｍｎの変動を示す一次近似式上の対応する値との相関値Ｒ３を算出し、（Ｒ３）2が例えば０．６を超えた場合に推移が安定していると判定する。推移が安定している場合はステップＳ１０６へ、安定してない場合はステップＳ１１１に進む。
【００３７】
〔ステップＳ１０６〕ステップＳ１０３の処理と同様に、研磨パラメータ（最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆ）の履歴情報を参照して、このオフセット量の推移が安定しているか否かを判定する。安定している場合はステップＳ１０７へ、安定していない場合はステップＳ１１２に進む。
【００３８】
〔ステップＳ１０７〕研磨パラメータ（最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆ）の履歴情報から求めた一次近似式に基づいて、製品ウェハの研磨パラメータ（最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆ）の予測値を算出する。例えば、この例のように最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆの変動を一次近似式により近似した場合には、その近似直線において現在の時間に対応する値を予測値とする。
【００３９】
〔ステップＳ１０８〕算出した研磨パラメータを研磨装置１０に設定し、製品ウェハを研磨装置１０に搬送させて、この製品ウェハの研磨処理を実行させる。なお、研磨の前後には、膜厚計測装置２０を用いて製品ウェハ上のモニタ領域の膜厚を計測させ、制御装置３０はその計測値を取得する。
【００４０】
〔ステップＳ１０９〕膜厚の測定結果に基づき、製品ウェハの膜厚が目標値となっている場合には工程を終了する。なお、実際には例えば、算出された研磨パラメータを基にして所定数の製品ウェハを連続して研磨する。また、製品ウェハの膜厚が目標値となっていない場合は、ステップＳ１１０に進む。
【００４１】
〔ステップＳ１１０〕例えば、最新の研磨レートＲｍｎを用いて、追加研磨のための研磨パラメータを算出する。この後ステップＳ１０８に戻って製品ウェハを再び研磨し、目標の膜厚となるまで研磨を繰り返す。
【００４２】
〔ステップＳ１１１〕モニタウェハを用いたテスト研磨工程を実行させる。この工程では、製品ウェハの研磨対象部と同じ材料が成膜されたモニタウェハ（ブランクウェハ）を研磨し、研磨前後の膜厚を計測する。制御装置３０は、膜厚の測定結果と研磨時間とから研磨レートＲｍｎを算出し、記憶部３２の履歴情報に記憶する。このテスト研磨工程により、研磨に使用する研磨装置１０の固有の能力基準が求められる。この工程実行後にはステップＳ１１２に進む。
【００４３】
〔ステップＳ１１２〕製品ウェハの中からパイロットウェハを選び、このパイロットウェハを用いたテスト研磨工程を実行させる。このテスト研磨工程は、製品ウェハの研磨時と同じ条件下における正確な研磨時間を求めるための工程であり、その詳細については後の図６で説明する。工程実行後にはステップＳ１０８に進む。
【００４４】
なお、以上の工程のステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０６では、オフセット量として最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆを用いたが、その代わりに最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆを用いて演算を行ってもよい。
【００４５】
図６は、パイロットウェハを用いたテスト研磨工程の流れを示すフローチャートである。
〔ステップＳ２０１〕研磨対象のロットの製品ウェハの中からパイロットウェハを抽出する。
【００４６】
〔ステップＳ２０２〕パイロットウェハの研磨パラメータを研磨装置１０に設定するとともに、その設定値を制御装置３０の記憶部３２に記憶する。
〔ステップＳ２０３〕パイロットウェハを研磨装置１０に搬送させて、このパイロットウェハの研磨処理を実行させる。なお、研磨の前後には、膜厚計測装置２０を用いてパイロットウェハ上のモニタ領域の膜厚を計測させ、制御装置３０はその計測値を取得する。
【００４７】
〔ステップＳ２０４〕膜厚の測定結果に基づき、パイロットウェハの膜厚が目標値となっている場合には、図１のステップＳ１０８に進んで、製品ウェハの研磨を開始する。このとき、ステップＳ２０２（または後のステップＳ２０５）で記憶された研磨パラメータが、製品ウェハの研磨パラメータとして用いられる。また、パイロットウェハの膜厚が目標値となっていない場合には、ステップＳ２０５に進む。
【００４８】
〔ステップＳ２０５〕例えば、最新の研磨レートＲｍｎを用いて、追加研磨のための研磨パラメータを算出するとともに、ステップＳ２０２で記憶部３２に記憶した研磨パラメータを更新する。この後ステップＳ２０３に戻ってパイロットウェハを再び研磨し、目標の膜厚となるまで研磨を繰り返す。
【００４９】
ここで、図７は、研磨レートＲｍｎの推移の例を示すグラフである。
この図７では、所定期間内に例として１日おきに研磨レートＲｍｎが計測された場合の計測値を基に、１次近似式を用いて近似直線を算出し、この近似式と各計測値との相関値Ｒ３を算出している。この相関値が高い場合、すなわち計測値が近似直線に近い場合には、研磨レートＲｍｎの推移が安定していると判定でき、近似直線の延長線上から次の研磨レートＲｍｎの予測値をとることができる。図７の例では（Ｒ３）2＝０．２７０６と算出され、（Ｒ３）2＞０．６を安定性の判定基準とした場合、推移が安定していないと判定される。
【００５０】
また、図８は、最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆの推移の例を示すグラフである。
この図８では、所定期間内に例として１日おきに最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆが計測された場合の計測値に基づく１次近似式と、各計測値との相関値Ｒ１を算出している。この相関値が高い場合、すなわち計測値が近似直線に近い場合には、研磨レートＲｍｎの場合と同様に最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆの推移が安定していると判定でき、近似直線の延長線上から次の最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆの予測値をとることができる。図８の例では（Ｒ１）2＝０．００４８と算出され、（Ｒ１）2＞０．６を安定性の判定基準とした場合、推移が安定していないと判定される。
【００５１】
なお、上記処理例では、相関値の算出に一次近似式を用いたが、これに限らず他の近似式を用いてもよい。
以上で説明したＣＭＰ研磨工程では、モニタウェハを用いた研磨レートＲｍｎの計測がその日に１回でも行われていた場合には、オフセット量（すなわち最適研磨量オフセットＡ＿ｔｒ＿ｏｆまたは最適研磨時間オフセットＴ＿ｔｒ＿ｏｆ）の推移が安定していれば、あらためてパイロットウェハを用いたテスト研磨を行うことなく、オフセット量の推移から算出した予測値を用いて製品ウェハを研磨する（ステップＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０７）。
【００５２】
また、オフセット量の推移が安定していない場合でも、オフセット量と研磨レートＲｍｎとの相関が高い場合には、オフセット量の変動が研磨装置１０の状態の変動に起因するものであり、その他の原因によるものでない可能性が高いと考えられることから、パイロットウェハを用いたテスト研磨を行わずにオフセット量を予測して製品ウェハを研磨する（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４，Ｓ１０７）。
【００５３】
一方、モニタウェハを用いた研磨レートＲｍｎの計測がその日に１回も行われていない場合でも、直前の計測までの研磨レートＲｍｎの推移が安定し、かつオフセット量の推移も安定している場合には、モニタウェハを用いたテスト研磨もパイロットウェハを用いたテスト研磨も行わずに、オフセット量の推移から算出した予測値を用いて製品ウェハを研磨する（ステップＳ１０２，Ｓ１０５〜Ｓ１０７）。
【００５４】
このように、研磨レートＲｍｎやオフセット量の推移に応じて、モニタウェハあるいはパイロットウェハを用いたテスト研磨が必要か否かを判断し、これらのテスト研磨を適宜省略するので、研磨精度を低下させることなく、従来と比較してテスト研磨の実行回数をより少なくして工程を効率化し、製品ウェハのスループットを向上させることができる。モニタウェハおよびパイロットウェハの数を減らすことができ、またテスト研磨に用いるスラリーなども不要となるので、製造コストを削減することができる。
【００５５】
なお、モニタウェハを用いた研磨レートＲｍｎの計測は、ある程度の期間内に定期的に実行しておくことが望ましい。例えば、計測を省略する期間を最大７日程度とする。また、研磨レートＲｍｎの推移が安定している場合には、連続して計測を省略する日数を徐々に延長するようにしてもよい。
【００５６】
図９は、研磨レートＲｍｎの計測を省略する日数を徐々に延長する場合の処理例を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、図１のステップＳ１０５の処理を置き換えるものである。
【００５７】
〔ステップＳ３０１〕図１のステップＳ１０２において、当日の研磨レートＲｍｎが記憶部３２に記憶されていない場合には、まず研磨レートＲｍｎの履歴情報を参照し、前回計測時までの研磨レートＲｍｎの推移が安定しているか否かを判定する。安定している場合にはステップＳ３０３に進み、安定していない場合にはステップＳ３０２に進む。
【００５８】
〔ステップＳ３０２〕記憶部３２に記憶した変数Ｎに０を設定し、その後、図１のステップＳ１１１に進んでモニタウェハを用いたテスト研磨を実行させる。
〔ステップＳ３０３〕研磨レートＲｍｎが安定している場合には、以後の処理により、現在の変数Ｎと、研磨レートＲｍｎの履歴情報から求めた、計測を省略した日数、すなわち最後に研磨レートＲｍｎを計測してからの経過日数とに応じた処理を行う。ステップＳ３０３では、変数Ｎが０である場合はステップＳ３０４に進み、そうでない場合はステップＳ３０６に進む。
【００５９】
〔ステップＳ３０４〕省略日数が１未満である場合はステップＳ３０５に進む。また、１である場合は図１のステップＳ１０７に進んで、モニタウェハおよびパイロットウェハを用いたテスト研磨を行わずに、研磨パラメータの予測値を算出して、製品ウェハの研磨を実行させる。
【００６０】
〔ステップＳ３０５〕変数Ｎに１を加算し、ステップＳ１１１に進んでモニタウェハを用いたテスト研磨を実行させる。
〔ステップＳ３０６〕変数Ｎが１である場合はステップＳ３０７に進み、そうでない場合はステップＳ３０８に進む。
【００６１】
〔ステップＳ３０７〕省略日数が２未満である場合はステップＳ３０５に進む。また、２である場合は図１のステップＳ１０７に進んで、研磨パラメータの予測値を算出して、製品ウェハの研磨を実行させる。
【００６２】
〔ステップＳ３０８〕変数Ｎが２である場合はステップＳ３０９に進み、そうでない場合はステップＳ３１０に進む。
〔ステップＳ３０９〕省略日数が４未満である場合はステップＳ３０５に進む。また、４である場合は図１のステップＳ１０７に進んで、研磨パラメータの予測値を算出して、製品ウェハの研磨を実行させる。
【００６３】
〔ステップＳ３１０〕省略日数が７未満である場合には、変数Ｎの加算をせずに、ステップＳ１１１に進んでモニタウェハを用いたテスト研磨を実行させる。また、省略日数が７である場合は図１のステップＳ１０７に進んで、研磨パラメータの予測値を算出して、製品ウェハの研磨を実行させる。
【００６４】
以上の処理によれば、研磨レートＲｍｎの推移が安定している場合、モニタウェハを用いたテスト研磨が１日おき、２日おき、４日おき、７日おきと徐々に間隔を空けて実行されるようになり（ただし、最大７日おきとされる）、研磨精度を低下させることなく、テスト研磨の実行回数を減少させて、製品ウェハのスループットを向上させることができる。
【００６５】
《第２の実施の形態》
ところで、上記の第１の実施の形態では、モニタウェハの研磨レートＲｍｎによって、研磨パッドやスラリー、ドレス部などの消耗材を含めた研磨装置の状態による研磨精度の誤差を打ち消すようにしているが、この研磨レートＲｍｎを安定させることにより、研磨レートＲｍｎの計測の周期を延ばして、作業工数と材料コストを削減することができる。
【００６６】
研磨レートＲｍｎに影響するパラメータとしては、研磨パッドに対してウェハを押圧する圧力、プラテンやウェハホルダの回転数、研磨時の温度などが考えられる。このうち温度に関しては、温度制御可能なクーラントをプラテン内に流すことである程度の制御は可能であるが、温度制御の反応が遅く、実際に研磨が行われている研磨パッドとウェハとが接している部分の微妙な温度制御は難しい。そこで、本実施の形態では、例えば赤外線温度センサを用いて研磨パッドの表面の温度をモニタして、その温度が適切になるようにウェハの圧力あるいは回転数を制御することで、研磨レートＲｍｎを安定化させる。
【００６７】
図１０は、第２の実施の形態に係るシステム構成例を示す図である。
この図１０の示すシステムでは、図２に示した構成に赤外線温度センサ４０が設けられている。赤外線温度センサ４０は、研磨パッドの表面の温度を計測して、通信Ｉ／Ｆ３３を通じて温度情報を制御装置３０に出力する。制御装置３０のＣＰＵ３１は、赤外線温度センサ４０からの温度情報に応じて、研磨装置１０に載置されたウェハに対する圧力、あるいは研磨パッドおよびウェハホルダの回転数を制御する。
【００６８】
図１１は、モニタウェハを用いたテスト研磨工程の流れを示すフローチャートである。なお、この図１１の工程は、図１のステップＳ１１１の工程を置き換えるものである。また、このフローチャートではウェハを押圧する圧力を変化させる例を示しているが、圧力を増減させる代わりに回転数を増減させてもよい。
【００６９】
この工程では、モニタウェハにおける最適な温度の上限および下限を、それぞれＨｍａｘ、Ｈｍｉｎとしている。まず、モニタウェハの研磨パラメータを研磨装置１０に設定するとともに、その設定値を制御装置３０の記憶部３２に記憶する（ステップＳ４０１）。次に、モニタウェハを研磨装置１０に搬送させて、このモニタウェハの研磨処理を開始させる（ステップＳ４０２）。なお、研磨の前には、膜厚計測装置２０を用いてモニタウェハ上のモニタ領域の膜厚を計測させ、制御装置３０はその計測値を記憶する。
【００７０】
研磨の実行中には、赤外線温度センサ４０からの温度情報を随時取得する。そして、赤外線温度センサ４０による検出温度ＨがＨｍａｘを超えた場合（ステップＳ４０３）は、モニタウェハを押圧する圧力を低下させる（ステップＳ４０４）。また、検出温度ＨがＨｍｉｎより低い場合（ステップＳ４０５）は、圧力を上昇させる（ステップＳ４０６）。このような温度に応じた制御を設定時間が経過するまで繰り返し（ステップＳ４０７）、設定時間が経過すると、膜厚計測装置２０にモニタウェハの膜厚を計測させて、目標の膜厚となっていた場合（ステップＳ４０８）にはテスト研磨工程を終了するが、目標の膜厚となっていない場合には、最新の研磨レートＲｍｎを用いて、追加研磨のための研磨パラメータを算出するとともに、ステップＳ４０１で記憶部３２に記憶した研磨パラメータを更新する（ステップＳ４０９）。この後ステップＳ４０２に戻ってモニタウェハを再び研磨し、目標の膜厚となるまで研磨を繰り返す。
【００７１】
以上の工程により、研磨パッドの表面がほぼ一定範囲の温度に保たれるので、温度変動に伴う研磨誤差が排除され、研磨レートＲｍｎの推移がより安定化しやすくなる。従って、研磨レートの計測が実行される回数が少なくなり、研磨精度を低下させることなく、製品ウェハのスループットを向上させ、製造コストを低減することができる。
【００７２】
なお、以上の各実施の形態では、本発明を半導体ウェハの研磨工程に適用した場合について説明したが、これ以外に例えば、磁気ディスクの製造工程、セラミック基板を用いたマルチチップモジュールの製造工程、液晶などの表示用あるいはフォトマスク用のガラス基板の製造工程などにおける研磨工程に適用した場合にも、研磨対象の基板の高精度に研磨し、そのスループットを向上させることができる。
【００７３】
（付記１）  基板表面をＣＭＰ法により研磨する基板研磨方法において、
研磨対象と同じ膜材を成膜したブランク基板を用いた研磨レートの計測間隔の時間超過を判定する第１の判定ステップと、
前記研磨レートの計測履歴に基づいて前記研磨レートの異常を判定する第２の判定ステップと、
基板を所定の厚さに研磨するための前記研磨レートに基づく研磨パラメータの履歴の異常を判定する第３の判定ステップと、
前記研磨パラメータの履歴に基づいて前記研磨パラメータの予測値を算出する予測値算出ステップと、
前記予測値を用いて基板をＣＭＰ法により研磨する研磨ステップと、
を含むことを特徴とする基板研磨方法。
【００７４】
（付記２）  前記第２の判定ステップでは、前記研磨レートの推移を近似した近似式を算出し、前記研磨レートの過去の計測値と前記近似式上の対応する値との相関値を基に、前記研磨レートの推移が安定しているか否かを判定することを特徴とする付記１記載の基板研磨方法。
【００７５】
（付記３）  前記第２の判定ステップで、前記研磨レートが異常であると判定した場合に、前記ブランク基板を用いたテスト研磨を行って現在の前記研磨レートを算出する研磨レート算出ステップを実行することを特徴とする付記１記載の基板研磨方法。
【００７６】
（付記４）  前記研磨レート算出ステップの後、算出された前記研磨レートを用いて、研磨対象の基板から抜き出したパイロット基板を研磨し、前記研磨パラメータを算出する研磨パラメータ算出ステップをさらに実行することを特徴とする付記３記載の基板研磨方法。
【００７７】
（付記５）  前記研磨レート算出ステップでは、前記ブランク基板を研磨する研磨パッドの温度に応じて、前記ブランク基板の前記研磨パッドに対する圧力、または、前記研磨パッドおよび前記ブランク基板の少なくとも一方の回転数を補正することを特徴とする付記３記載の基板研磨方法。
【００７８】
（付記６）  前記第２の判定ステップで、前記研磨レートが正常であると判定した場合でも、前記研磨レートが一定期間計測されていない場合には、前記ブランク基板を用いたテスト研磨を行って現在の前記研磨レートを算出する研磨レート算出ステップを実行することを特徴とする付記１記載の基板研磨方法。
【００７９】
（付記７）  前記第２の判定ステップで前記研磨レートが正常であると連続して判定された場合、前記研磨レート算出ステップを実行する間隔を徐々に長くすることを特徴とする付記６記載の基板研磨方法。
【００８０】
（付記８）  前記第３の判定ステップでは、前記研磨パラメータの推移を近似した近似式を算出し、前記研磨パラメータの過去の値と前記近似式上の対応する値との相関値を基に、前記研磨パラメータの推移が安定しているか否かを判定することを特徴とする付記１記載の基板研磨方法。
【００８１】
（付記９）  前記第３の判定ステップで、前記研磨パラメータの履歴が異常であると判定した場合に、研磨対象の基板から抜き出したパイロット基板を用いたテスト研磨を行って前記研磨パラメータを算出する研磨パラメータ算出ステップを実行することを特徴とする付記１記載の基板研磨方法。
【００８２】
（付記１０）  前記第１の判定ステップで、過去の所定期間内に前記研磨レートが計測されていた場合に、前記研磨パラメータの履歴の異常を判定する第４の判定ステップを実行し、前記研磨パラメータの履歴が正常であると判定した場合には前記予測値算出ステップを実行することを特徴とする付記１記載の基板研磨方法。
【００８３】
（付記１１）  前記第４の判定ステップでは、前記研磨パラメータの推移を近似した近似式を算出し、前記研磨パラメータの過去の値と前記近似式上の対応する値との相関値を基に、前記研磨パラメータの推移が安定しているか否かを判定することを特徴とする付記１０記載の基板研磨方法。
【００８４】
（付記１２）  前記第４の判定ステップで、前記研磨パラメータの履歴が異常であると判定した場合に、前記研磨パラメータの履歴と前記研磨レートの履歴とを参照して、前記研磨パラメータの推移と前記研磨レートの推移との相関が高いか否かを判定する第５の判定ステップを実行し、相関が高い場合には前記予測値算出ステップを実行することを特徴とする付記１０記載の基板研磨方法。
【００８５】
（付記１３）  前記第５の判定ステップで、前記研磨パラメータの推移と前記研磨レートの推移との相関が低い場合には、研磨対象の基板から抜き出したパイロット基板を用いたテスト研磨を行って前記研磨パラメータを算出する研磨パラメータ算出ステップを実行することを特徴とする付記１２記載の基板研磨方法。
【００８６】
（付記１４）  前記予測値算出ステップでは、前記研磨パラメータの推移を近似した近似式による直線または曲線において現在の時間に対応する値を前記予測値として算出することを特徴とする付記１記載の基板研磨方法。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１の実施の形態でのＣＭＰ研磨工程の全体の流れを示すフローチャートである。
【図２】ＣＭＰ研磨工程に用いられるシステム構成例を示す図である。
【図３】ＣＭＰ研磨装置の概略構成例を示す図である。
【図４】研磨時間と研磨量との関係を説明するための図である。
【図５】研磨のためのパラメータを説明するための図である。
【図６】パイロットウェハを用いたテスト研磨工程の流れを示すフローチャートである。
【図７】研磨レートの推移の例を示すグラフである。
【図８】最適研磨時間オフセットの推移の例を示すグラフである。
【図９】研磨レートの計測を省略する日数を徐々に延長する場合の処理例を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態に係るシステム構成例を示す図である。
【図１１】モニタウェハを用いたテスト研磨工程の流れを示すフローチャートである。
【図１２】ＣＭＰ法による従来の半導体ウェハの研磨手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
１０  研磨装置
１１  ウェハ
１２  ウェハホルダ
１３  研磨パッド
１４  プラテン
１５  ノズル
１６  ドレス部
２０  膜厚計測装置
３０  制御装置
３１  ＣＰＵ
３２  記憶部
３３  通信Ｉ／Ｆ
３４  入力部
【図１】
2006245269.tif 000003
【図２】
2006245269.tif 000004
【図３】
2006245269.tif 000005
【図４】
2006245269.tif 000006
【図５】
2006245269.tif 000007
【図６】
2006245269.tif 000008
【図７】
2006245269.tif 000009
【図８】
2006245269.tif 000010
【図９】
2006245269.tif 000011
【図１０】
2006245269.tif 000012
【図１１】
2006245269.tif 000013
【図１２】
2006245269.tif 000014